Skalare Feldverschiebung vom Potentialminimum führt zu Teilchen/dunkler Materie, warum?

Die Veröffentlichung Lyman-alpha Constraints on Ultralight Scalar Dark Matter von Kobayashi et al. sagt am Anfang von Abschnitt 3.1:

Ein leichtes Skalarfeld bleibt im frühen Universum auf seinem anfänglichen Feldwert eingefroren. Daher führt jede anfängliche Verschiebung vom potentiellen Minimum zu einer skalaren Dichte dunkler Materie im späteren Universum.

Ich verstehe diese Aussage nicht. Kann jemand seine Bedeutung erklären? Warum würde eine solche Konfiguration später im Universum Materie entstehen lassen? Liegt es daran, dass später im Universum das Skalarfeld schwingen würde und Schwingungen als Teilchen gesehen werden können?

Tut mir leid, wenn die Frage nicht klar ist, ich habe vor langer Zeit Physik studiert und beschäftige mich mit diesen Dingen in meiner Freizeit, daher gibt es viele Lücken in meinem Verständnis der grundlegenden Physik und Kosmologie. Fühlen Sie sich frei, so technisch zu sein, wie Sie möchten, aber denken Sie bitte daran, dass ich kein Experte oder so bin.

Diese Frage ist dieselbe Frage, die ich hier gepostet habe, oh Physik SE , aber sie hat keine Antwort erhalten, die ich wirklich verstehen konnte. Mein Hauptzweifel ist, wie diese Feldfehlausrichtung zu frühen Zeiten zu einer nicht vernachlässigbaren Materiedichte zu späten Zeiten wird, wie funktioniert das?

@ B - rian danke

Antworten (1)

Wenn das Skalarfeld einfriert, hat es einen Wert ungleich Null (wie das Higgs-Feld). Wenn dieses Feld kein Vakuumfeld ist (wie das Higgs-Feld, das ein falscher Vakuumfeldzustand ist), dann entspricht es echten Teilchen (im Gegensatz zum skalaren Higgs-Feld).

Die Inflation hat eine Nicht-Null-Schwankung des Skalarfelds herausgegriffen, genauso wie sie eine Nicht-Null-Schwankung der Normalfelder (Quarks und Lepton) hätte heraussuchen können. Die Inflation kann sogar durch die schwankenden Vakuumfelder verursacht werden (so wie dunkle Energie als die Energie des virtuellen Materiefeldes gedacht werden kann, von dem noch nicht sicher ist, was die zugehörige Energie ist).

Was passiert also? Die Vakuumfluktuationen des Skalarfeldes frieren in einen Zustand einer realen Feldkonfiguration von Skalarteilchen ein. Skalare Teilchen werden verwendet, weil sie wie Spinorneutrinos nur schwach mit Materie wechselwirken. Aus diesem Grund wird ein Spinor-Partikel nicht berücksichtigt, da diese bereits im Standardmodell abgedeckt sind. Die Vakuum-Skalarfeld-Konfuguration kann damals am Anfang durch die negative Krümmung der Raumzeit angeregt werden, genauso wie ein Feld um ein Schwarzes Loch angeregt werden kann, das Hawking-Strahlung hervorruft (in diesem Fall ist die positive Krümmung die Quelle, dh die enorme Gezeitenkräfte).

Jetzt ist es etwas klarer, danke. Sie sagen "Wenn dieses Feld kein Vakuumfeld ist". Was genau ist ein Vakuumfeld? Entschuldigung, wenn meine Fragen trivial sind
@AstroFedale Allein die Tatsache, dass du das fragst, ist schon nicht trivial! :) Das Vakuumfeld ist das Feld ohne Anregungen, die echten Teilchen entsprechen. Für das Higgs ist dies auch ein Skalarfeld (wie das, von dem Sie sprechen), aber mit Partikeln, die bereits im niedrigsten Energiemodus (dem Vakuummodus) vorhanden sind. Deshalb wird das Vakuum falsch genannt. Es unterscheidet sich von einem echten Vakuumfeld, für das der niedrigstmögliche Energiezustand nur echte virtuelle Teilchen hat (wahres Vakuum). Das falsche Vakuum ist in der Tat falsch und soll Masse verursachen (Higgs-Mechanismus). Ein echtes Skalarvakuum enthält keine Anregungen
@AstroFedale Nur Schwankungen. Diese können durch denselben Mechanismus real werden, wie die Hawking-Strahlung real wird.
@AstroFedale Es gibt also einen Unterschied zwischen einem falschen Vakuum und einem echten Vakuum. Das falsche Vakuum (wie das des Higgs) enthält Schwankungen, die sich nicht von einem echten Vakuum unterscheiden. Aber die Vakuumschwankungen in einem falschen Vakuum könnten in ein niedrigeres wahres Vakuum eintreten. Das Higgs-Feld hat eine maximale Energie, wenn das Feld Null ist (die Spitze des mexikanischen Hutes). In diesem Fall kann man also sagen, dass ein echtes Vakuum in ein falsches Vakuum zerfällt. Wirklich etwas verwirrend!
@AstroFedale Ist das Skalarfeld in Ihrer Frage ein Higgs-ähnliches Feld? Oder ist es ein Feld wie Quarkfelder? Das angebliche Higgs-Feld soll in einem seiner Vakuumzustände eingefroren werden (nach dem Symmetriebrechen und wenn die Temperatur hoch genug wird, wird die Symmetrie wiederhergestellt und das Feld wird eines mit maximalem Top-of-the-Hat-Potenzial für ein Nullfeld ...) . Anregungen um die Minimalwerte für die Energien (das falsche Vakuum) geben Ihnen echte Teilchen.
Hallo, nochmals vielen Dank für die Erweiterung. In diesem Artikel betrachten sie ein Axion-ähnliches Skalarfeld
@AstroFedale Sie reden darüber. Das Axion gilt als Kandidat für Dunkle Materie. Ich bin mir aber nicht sicher, ob ich an die reale Existenz glaube. Sie bleiben nicht auf der gleichen Basis wie normale Partikel.
Skalare Feldverschiebung vom Potentialminimum führt zu Teilchen/dunkler Materie, warum?
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